双ARM的车门多参数远程监测系统设计

涂晓立，缪小冬

(1.南京康尼机电股份有限公司，南京 210009；2.南京工业大学)

双ARM的车门多参数远程监测系统设计

涂晓立1，缪小冬2

(1.南京康尼机电股份有限公司，南京 210009；2.南京工业大学)

设计了一种智能检测轨道车门参数的监测系统。该系统基于ARM8和STM32双ARM构架，STM32系统主要是采集各个车门的电机数据，封装后通过短距离无线通信模块传输给ARM8系统。ARM8系统有两个作用，一方面是接收来自各个STM32系统采集到的电机数据，另一方面是监测车门丝杆转块的位置信息。当收到开关门触发信号时就驱动视觉传感器拍照，把图片信息和STM32系统发送的数据一起打包发送到服务器网络，然后在PC端访问服务器，可以随时随地查看车门电机的各项参数。实际使用表明，该系统可以适用于车门系统多参数监测，给后期检测维修提供了参考依据，减少了维修工作。

双ARM；多参数；无线传输；电机数据；门系统

引 言

在地铁运营过程中，车门系统需要经常开启和关闭，加上其他因素的影响，导致客室车门故障频发。车门电机作为非常重要的部件，其性能的好坏直接影响到车门的正常工作。而车门传动系统中丝杆上转块的位置则反映车门的移动信息，转块的松动、误触发也是导致车门故障的一个因素，因此对车门电机参数和转块位置的实时监测至关重要。针对这一需求，设计了基于双ARM嵌入式平台的监测系统来对车门电机参数和丝杆上转块位置进行实时监测。经过测试，通过对电机数据和丝杆上转块位置信息的采集就可以根据对应关系计算得到电机的特性参数(电流、转角、转速)和车门的工作状态，然后把这些数据汇总，最后通过3G通信的形式发送到服务器，这样在PC端根据上传到服务器上的数据就可以判断电机或车门是否处于故障或者亚健康状态。通过这个远程监测系统就不需要经常对车门状态进行检修，而是根据监测到的数据对处于亚健康状态的车门进行专门检修，这样大大减少了检修的工作量以及成本，提高了检修的工作效率。

1 系统设计

车门多参数监测系统是由两部分组成的。一部分为采集装置，如图1所示，主要是由无线传输电路、电流采样电路、STM32及其外围电路组成[1]，每一个车门都需要安装一个采集装置，主要功能是采集门系统中电机的数据(转速、转角、电流)。另一部分是网关装置，如图2所示，其是由视觉传感器、3G传输模块以及ARM8及其外围电路组成。网关装置中包含嵌入式视觉传感器，其主要功能是通过自身搭载的摄像头模块收集丝杆上转块位置的图像信息，最后连同采集装置收集的电机数据一起发送到服务器，这样在PC端访问服务器就可以实时监测电机各项数据以及车门运动信息。

图1 采集装置示意图

图2 网关装置示意图

2 车门安全状态监测系统的硬件设计

2.1 采集装置的硬件设计

传统的电机驱动电路是门控器直接驱动电机，这个系统中采用采集装置作为中间媒介，如图1所示，这样既保持原有的驱动方式不变，也方便进行数据采集。采集装置选用STM32F407作为主控制器，其主要作用是采集电机的电流、转速等信息，然后通过短距离无线模块把采集到的数据发送到网关装置。采集装置硬件结构如图3所示。

图3 采集装置硬件结构图

2.2 采集装置电流采样电路设计

图4 电流采样电路

采集板的功能就是采集车门电机的电流、速度等数据。其中电机速度是通过直接采集霍尔信号，根据霍尔信号高低电平变化的频率计算得到电机转速[2]。而电流采样需要做一些处理，图4为电流采样电路。

电流采样电路选用的是ACS712芯片，它是Allegro公司推出的一种线性电流传感器，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，可以输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，然后根据对应的关系便可计算出电机的电流。最后把电机的速度、电流数据封装起来通过短距离无线通信[3]的方式发送给网关装置。

2.3 网关装置的硬件设计

网关装置有两个作用：一是通过本身的无线接收模块接收采集装置发送来的数据；二是驱动视觉传感器采集图像信息，并且把所有的信息一起打包通过3G通信的形式发送给服务器网络。

网关装置嵌入式硬件平台选用的是AM335X[4]处理器，主频高达800 MHz，具有丰富的硬件外设和标准接口，还可以流畅地运行Linux操作系统以方便构建人机界面。如图5所示,其中无线接收模块，主要用来接收从采集装置发来的电机数据,视觉传感器模块是用来对丝杆上转块位置进行拍照，最后把图片信息以及电机数据一起打包通过3G形式发送给服务器。

图5 网关装置硬件结构图

2.4 网关装置中的视觉传感器模块

在车门系统开关门的时候,视觉传感器模块[5-7]对丝杆上转块进行拍照，如图6所示。首先把视觉传感器模块安装在车门的丝杆位置处，确保可以清晰地拍摄到转块的位置，然后在转块上作图6中的红色标记。通过对标记点位置偏移的分析，便能得出车门是否开到位或关到位。摄像头选用的是SM3732+OV9712集成模块，其连接方式为USB接口，支持Linux系统。控制器对采集到的图像进行处理，把偏离阈值的图像信息通过3G传输的形式发到服务器上，然后在PC端就可以显示出图像信息。

图6 视觉传感器安装示意图及拍摄的图片

3 软件设计

软件设计分为采集装置和网关装置的软件设计两部分；采集板装置首先完成对STM32F407系统初始化设计。STM32F407系统软件包括无线通信程序初始化、电流采集程序初始化、转速程序初始化。采集板上电之后首先执行复位操作，然后收到开关门触发信号的时候开始采集电机的电流、转速等信息，最后通过短距离无线通信发送给网关板。网关板程序设计首先完成对AM335X的各项初始化，包括3G模块、无线接收模块、DDR3、EMMC等程序。 一方面，利用无线接收模块接收来自采集装置中电机的各项数据；另一方面，完成对视觉传感器的驱动，当收到车门关到位或者开到位信号的时候，视觉传感器开始工作，此时拍的就是丝杆上转块转动的信息，再把拍摄到的图片信息跟前面收到的数据一起打包，通过3G传输的形式发送到服务器。此时在PC端就可以通过服务器随时随地了解车门的各项数据信息。

4 试验数据分析

4.1 对采集板电机数据分析

图7 关门时刻电机数据

图7为关门时刻电机数据，从图中可以看出，电机的速度从零开始增加，维持一段时间后降低到零，整个过程持续大约3.2 s，也就是关门的时间总长为3.2 s，电机的转速最大为1800 rpm；转角代表门的位移，转角逐渐降低到零，代表门由开到关这个过程；相应的电流数据反映的是电机运行过程中电流的大小，假如规定关门时刻电流为正，那么开门时刻电流就为负。图8为开门时电机的数据，分析情况跟关门时刻一致。通过对这些数据的观察与对比，如果电机处于亚健康或故障时，其运行曲线必然发生变化，根据这些变化就可以判断处于亚健康或者故障的电机。

图8 开门时刻电机数据

4.2 门系统中丝杆上转块位置的确定

图9 转块位置信息

关门状态下，在转块上标记两个红点，如图9所示，然后用视觉传感器监测两个红点的位置；再在开门状态下记录两个标记点的偏移位置；那么等待下次关门或者开门的时候，可以通过视觉传感器拍摄的图片信息进行自动比对，看标记红点的位置就可以判断出车门是否关到位或者开到位。首先设置了一定阈值，确定在规定的阈值内车门是处于关闭还是打开状态的，超过这个阈值就会触发报警，提示车门没有关到位或者开到位。

结 语

[1] 刘军.例说STM32[M].北京:北京航空航天大学出版社,2012.

[2] 许戴铭.基于单片机与霍尔传感器的转速测量设计[J].价值工程,2012,31(8):133-134.

[3] 沈保锁,候春萍.现代通信原理[M].北京:国防工业出版社,2006:33-51.

[4] 王晨辉,郭英军,仝浩,等.基于ARM和Linux的嵌入式异步电机监测系统[J].仪器仪表与传感器,2011(11):68-70,73.

[5] 马颂德,张正友.计算机视觉:计算理论与算法基础[M].北京:科学出版社,1998:52-59.

[6] 孙作雷,童可浚,曾连荪.基于视觉传感模块OV7670的颜色导航智能车设计[J].电子测试,2013(5):102-104.

[7] 缪强,周忆,米林,等.机器视觉在精密测量中的应用[J].重庆大学学报,2002,25(6):1-4.

涂晓立(硕士)，主要研究领域为轨道车门安全状态监测；缪小冬(博士)，主要研究领域为车辆工程。

优化的Micrium OS和新Platform Builder加速嵌入式设计

Micrium OS是最新发展的、通过验证的嵌入式μC/OS实时操作系统(RTOS)，目前已经上市。Micrium OS拥有优化的RTOS内核，通信协议栈，文件系统和图形用户界面。新的Platform Builder工具可以简化开发，一旦开发者确定所需要的组件，该工具可自动解析组件之间的依赖性问题，以及配置启动顺序。使用Micrium OS 和Platform Builder可为开发人员提供强大的嵌入式设计方法，显著地降低初始设计的复杂性，以及加快产品上市时间。该操作系统可支持所有主要的半导体供应商，包括恩智浦、瑞萨、Silicon Labs和意法半导体。

著名的RTOS专家和Micrium软件公司创始人Jean Labrosse表示：“无线连接、32位MCU和SoC以及多接口的物联网设备使得系统比以往任何时候都更难以配置、运行以及正常作业。不久的未来，大多数嵌入式系统都将运行操作系统。Micrium OS和Platform Builder代表了未来基于解决方案的嵌入式设计，它们允许新进和现有客户利用我们可靠、易于使用和通过验证的软件。”

根据IDC表示，全球物联网相关支出将在2020年达到1.29万亿美元。此一庞大市场正吸引许多制造商和嵌入式专业人士，Micrium OS的优越性能、可靠性和易用性将使他们从中获益。Micrium OS拥有在嵌入式开发方面20年实力强大的软件经验。凭借直观的界面、改进的调试功能，以及先进的且能更快查明漏洞的错误处理功能，更新的操作系统可简化开发。

Multi-parameter Monitoring System for Vehicle Door Based on Dual ARM

Tu Xiaoli1,Miao Xiaodong2

(1.Kangni Company,Nanjing 210009,China;2.Nanjing University of Technology)

In the paper,a monitoring system is designed to detect the security state of the rail car door.The system is based on dual ARM framework:ARM8 and STM32.STM32 is used to gather motor data from all the door mainly,the data will be packed and delivered to ARM8 system by the short-range wireless communication module.The ARM8 has two functions:one part is to receive the motor data collected by STM32 system,the other part is to monitor the door screw block position.The COM will be drived to take photos when receives the switch gate trigger signal.The image information and the data sent by the STM32 are sent to the server network.Then we can check the door motor status in any time when we access the serve on PC.The system is suitable for the multi-parameter detection,which provides the reference frame for the later period maintenance,and reduces the maintenance work.

dual ARM;multi-parameter;wireless communication;motor data;door system

TP934

A

士然

2017-02-09)